JPH04299080A - 超音波モータの駆動方法及び振動区分配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの駆動方法
及び圧電素子の振動区分配置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術による超音波モータの駆動方
法は、圧電素子にそれぞれ幾つかの振動区分からなるＡ
相とＢ相が、位置的に円周方向に振動波長の１／４の位
相差をもって配置され、前記Ａ相とＢ相にそれぞれ時間
的に９０°位相のずれた交流電圧を印加することにより
、前記圧電素子が接合された弾性体に、時間的に円周方
向に移動する進行波を発生させ、前記弾性体の回転体と
の接触部の楕円運動の横方向の力により、前記回転体を
、前記進行波の進行方向とは逆方向に回転させるもので
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の超音波モータの駆動方法には以下に述べる問題点があ
る。

【０００４】すなわち、回転体をステップ動作させる場
合、または所定の回転位置で停止させる場合等、回転体
の位置制御を正確に行う場合には、エンコーダ等の位置
センサを取り付け、フィードバック制御を行う必要があ
る。したがって、この位置センサの取り付けによって、
機械的構成部分の小型化が困難となり、また、この制御
系の取り付けにより、消費電力が増加するという問題点
があり、特に、小型化及び省電力化が要求される時計用
の超音波モータとしては、利用が困難であった。

【０００５】そこで本発明はこれらの問題点を解決する
ものであり、その目的とするところは、位置センサ及び
フィードバック制御回路を設置せずに、移動体の形状及
び、圧電素子に形成される振動区分の構成を特定し、ま
た、弾性体に定在波を発生させることにより、ステップ
動作可能な、小型で省電力な超音波モータを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために本発明は、電圧を印加することにより圧電効果を
有する圧電素子が接合された弾性体と、該弾性体に摩擦
接触して回転駆動される回転体と、該回転体を前記弾性
体に加圧接触させる加圧手段とを有し、前記圧電素子は
幾つかの振動区分からなり、該振動区分により前記弾性
体に振動波が励振される超音波モータにおいて、前記圧
電素子は平面的に３相以上の振動区分または電極で構成
されており、前記超音波モータの駆動方法は、前記各相
を単独で駆動または前記各相の幾つかを同時に駆動する
ことを繰り返すことにより、前記回転体を間欠回転駆動
することを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を基に説明す
る。

【０００８】図１は本発明の一実施例における圧電素子
の振動区分配置図である。図中の＋、−の符号は圧電素
子における振動区分の分極処理の方向を示すものである
。ここでは一例として分極処理の方向が交互に逆方向に
なされているが、本発明はこれに限るものではなく、そ
の分極方向はどちらでも良い。

【０００９】図１（ａ）は圧電素子の表側、図１（ｂ）
は裏側をそれぞれ示している。図１（ａ）において、１
−ａから１−ｆの記号はそれぞれ振動区分を示しており
、振動区分１−ａはＡ相を、振動区分１−ｂはＢ相を、
振動区分１−ｃはＣ相をそれぞれ形成している。したが
って本実施例では圧電素子に３相の振動区分が構成され
ていることになる。また、本実施例では、弾性体の円周
上に、２波長分の定在波が励振されるようになっており
、各相の振動区分は半波長分、すなわち９０°の部分を
しめている。振動区分１−ｄ、１−ｅ、１−ｆは円周上
で３０°の区分となっており、それぞれ　　Ａ相とＢ相
の間、Ｂ相とＣ相の間、Ｃ相とＡ相の間に位置しており
、この結果、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相はそれぞれが３０°、す
なわち１／６波長分位相差をもって配置されていること
になる。１−ｇは共通電極である。

【００１０】図３は前述した圧電素子の裏面側を弾性体
に接合し、超音波モータを構成した場合の一実施例を示
す断面図である。２は圧電素子１が接合されたステータ
であり、３はロータ、４はロータ３をステータ２に加圧
接触させるための押圧ばねである。

【００１１】図４は前記ロータ３の一実施例を示す平面
図であり、円周上に４ヶ所の突出部３−ａを有している
。この様に突出部が形成されたロータを前述したステー
タに押圧接触させて、該ステータに定在波を励振させる
と、特願平２−７０３２４に述べられているように、ロ
ータの突出部３−ａは定在波の腹から節に向かう方向に
力を受け、最終的に節の位置で安定し停止する。

【００１２】次に、図５は本実施例の超音波モータの駆
動回路を示したものである。発振回路ＯＳ１から出力さ
れた制御信号は、ドライバＤａ、Ｄｂ、Ｄｃに入力され
て、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のそれぞれの電極に対し駆動信号
を出力する。ドライバには電源として直流電圧ＶＤＤが
入力されている。

【００１３】準信号は発振回路ＯＳ２から出力され、カ
ウンタ回路と３ステート発生回路を経由することによっ
て、それぞれ１秒間隔のパルスを順次出力し、３秒間で
１順するように設定された（１）、（２）、（３）の各
ステート信号（図６）に変換される。このステート信号
は前記各ドライバＤａ、Ｄｂ、Ｄｃを制御する。

【００１４】このステート信号を順次（１）から（３）
まで出力すると、図７の（１）から（３）に示すような
接続状態で圧電素子１が駆動される。すなわち、（１）
のステート信号が出力されると、図７（１）に示すよう
に、駆動信号に基づく交流電圧が圧電素子１のＡ相１−
ａのみに印加され、（２）のステート信号が出力される
と、図７（２）に示すように、圧電素子１のＢ相１−ｂ
のみに交流電圧が印加され、（３）のステート信号が出
力されると、図７（３）に示すように、圧電素子１のＣ
相１−ｃのみに交流電圧が印加される。

【００１５】図８は、各相を駆動した時の定在波の波形
の位置を示す概念図でる。図中の＋、−の符号は、ある
時間における弾性体の変形方向を示す。また、（１）、
（２）、（３）はそれぞれ、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相を駆動し
た時の定在波の励振状態を示したものである。

【００１６】したがって、前述したように、３段階に駆
動状態を変化させることによって、図７（１）の駆動状
態では、図８（１）に示すように、Ａ相のみの変形に基
づく定在波ＡがＡ相の両端を節として発生し、図７（２
）においては、Ｂ相のみの変形に基づく定在波Ｂ相がＢ
相の両端を節として発生し（図８（２））、更に図７（
３）においては、Ｃ相のみの変形に基づく定在波ＣがＣ
相の両端を節として発生する（図８（３））。ところで
、前述したように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相は位置的に３０°
（１／６波長分）それぞれ位相差をもっている。したが
って、前記３段階の駆動状態により、形成される定在波
の位相はすべて異なったものとなり、順次その定在波の
節位置が１／６波長ずつ移動していくこととなる。 また、前述したロータをこの様な定在波が励振されてい
る弾性体に押圧接触させると、ロータの突出部は定在波
の位置で安定するため、前述した駆動で定在波の節位置
が１／６波長ずつ移動していくと、ロータも定在波の節
の移動に追従し、１／６波長ずつのステップ動作をする
。

【００１７】以上が図１に示される本発明の一実施例に
おける圧電素子の振動区分配置とその駆動方法について
の説明である。

【００１８】図１は圧電素子に３相の振動区分が構成さ
れており、円周上に２波長分の定在波が励振されるよう
になっているが、本発明はこれらに限られるものではな
く、例えば、図２に示すような振動区分配置でも良い。

【００１９】図２は、１０−ａ、１０−ｂ、１０−ｃ、
１０−ｄ、１０−ｅの５相の振動区分が構成されており
、円周上に３波長分の定在波が励振されるようになって
いる。また、各相は位置的に１２°、すなわち、１／１
０波長分の位相差をそれぞれもっており、各相を順次駆
動することにより、弾性体に励振される定在波の節位置
が１／１０波長ずつ移動し、それにともないロータが１
／１０波長（１２°）のステップ駆動となる。

【００２０】また、以上図１、図２において、１−ａ、
１−ｂ・・・や、１０−ａ、１０−ｂ・・・等、１つの
振動区分のみを駆動する方法で説明してきたが、本発明
による圧電素子の振動区分配置によればこの駆動方法に
限らず、種々の駆動方法が考えられる。

【００２１】例えば、図１において、Ａ相１−ａを駆動
する時に、圧電素子の中心に対して対向する位置にある
振動区分１−ｅもＡ相と同位相で駆動してやる。そうす
ることにより、Ａ相により励振される定在波の節位置は
変えずに、駆動面積は大きく取れるため、大きな出力を
得たい時に有効である。Ｂ相、Ｃ相についても、また図
２においても同様な駆動が可能である。

【００２２】更に、以上の説明では、それぞれ１相のみ
を駆動して、それによる単一の定在波のみの駆動で説明
してきたが、本発明はこれに限られるものではなく、２
相以上を同時に同位相または逆位相で駆動し、それらの
合成波である定在波によりロータをステップ駆動しても
良い。また、ある２相を使い、それぞれ位相の異なる交
流電圧を印加し、弾性体に進行波を励振させ、ロータを
連続駆動しても良い。

【００２３】また、図１、図２においては、各相はそれ
ぞれ定在波の波長の１／２の区分をしめていることで説
明したが、本発明はこれに限るものではなく、各相が波
長の１／２以下の区分をしめ、各相の位置的位相差が一
定量であれば良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるが、本
発明によれば以下に述べるような効果がある。

【００２５】従来の技術による超音波モータにおいて、
回転体をステップ動作させる場合、または所定の回転位
置で停止させる場合等、回転体の位置制御を正確に行う
場合には、エンコーダ等の位置センサを取り付け、フィ
ードバック制御を行う必要があったが、本発明によれば
、弾性体に励振された定在波により回転体が所定の位置
に停止し、定在波の節位置を移動させることにより、回
転体をステップ駆動できるため、従来使用されていた位
置センサや、フィードバック制御が不要になることから
、超音波モータを小型化することが可能であり、しかも
省電力化を図ることができる。また、本発明によれば、
３相以上の振動区分の構成が１枚の圧電素子でできるた
め、複数の圧電素子を接着する必要がなくなるため、コ
ストが割安になり、組立工数も削減され、構造も簡単に
なるという効果がある。

【００２６】更に、本発明による圧電素子の振動区分配
置によれば、その駆動方法を各相単独、または複数相同
時駆動とすれば、定在波の節位置がいろいろな位置に移
動し、それにともない回転体をいろいろな位置で静止で
きる効果がある。

【００２７】更には、１枚の圧電素子に３相以上の振動
区分を構成するため、駆動面積が小さくなり、消費電力
が少なくなるため、時計用モータのような、低消費電力
で位置精度が要求されるものに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】、

【図２】それぞれ本発明の一実施例における圧電素子の
振動区分配置図（ａ）表、（ｂ）裏。

【図３】超音波モータを構成した場合の断面図。

【図４】ロータの（ａ）平面図、（ｂ）断面図。

【図５】駆動回路の概念図。

【図６】各ステートの信号図。

【図７】駆動の接続状態を示す概念図。

【図８】各相を駆動した時の定在波の波形の位置を示す
概念図。

【図９】従来の技術による圧電素子の振動区分配置図（
ａ）表、（ｂ）裏。

【符号の説明】

１　　圧電素子 １−ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ　　振動区分１０−ａ、ｂ
、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ　　振動区分 １−ｇ、１０−ｋ　　共通電極 ２　　ステータ ３　　ロータ ３−ａ　　突出部 ３−ｂ　　ロータかな ３−ｃ　　回転軸 ４　　押圧ばね ５　　基枠 ６　　受枠 ７　　ピン ８　　ねじ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧を印加することにより圧電効果を有す
   る圧電素子が接合された弾性体と、該弾性体に摩擦接触
   して回転駆動される回転体と、該回転体を前記弾性体に
   加圧接触させる加圧手段とを有し、前記圧電素子は幾つ
   かの振動区分からなり、該振動区分により前記弾性体に
   振動波が励振される超音波モータにおいて、前記圧電素
   子は平面的に３相以上の振動区分または電極で構成され
   ており、前記超音波モータの駆動方法は、前記各相を単
   独で駆動または前記各相の幾つかを同時に駆動すること
   を繰り返すことにより、前記回転体を間欠回転駆動する
   ことを特徴とする超音波モータの駆動方法及び振動区分
   配置。